擴(kuò)音機(jī)電路的設(shè)計(jì)

1、齊魯理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目擴(kuò)音器的設(shè)計(jì)課程名稱模擬電子啊技術(shù)-級(jí)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)2015級(jí)學(xué)生姓名沈坤學(xué)號(hào)201510530039指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2016年12月12日至2016年12月16日第1章方案設(shè)計(jì)2第2章單元電路設(shè)計(jì)22.1前置放大器的設(shè)計(jì) 22.2音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)32.2.1 低頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算 52.2.2 高頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算 72.3功率輸出級(jí)的設(shè)計(jì)102.3.1 確定電源電壓102.3.2 功率輸出級(jí)設(shè)計(jì)112.3.3 電阻R17R2的估算112.3.4 確定靜態(tài)偏置電路112.3.5 反饋電阻R3與R4的確定 12參考文獻(xiàn)

2、13附錄1總電路原理圖14擴(kuò)音器的設(shè)計(jì)摘要：很多場(chǎng)合（如商場(chǎng)、學(xué)校、車(chē)站、體育場(chǎng)等）都安裝有廣播系統(tǒng)，它的主要功能是播放音樂(lè)、廣播通知和要聞。這些廣播系統(tǒng)都含有擴(kuò)音設(shè)備，用以把從話筒、錄放卡座、CD機(jī)送出的微弱信號(hào)放大成能推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲的大功率信號(hào)。根據(jù)實(shí)際需要和放大器件的不同，擴(kuò)聲 電路的設(shè)計(jì)也有很多種類。作為電子線路的課題設(shè)計(jì)，本課題提出的擴(kuò)聲電路性能指標(biāo)比較低， 主要采用理論課題里介紹的運(yùn)算放大集成電路和音頻功率放大集成電路來(lái)構(gòu)成擴(kuò)聲電路。這種 性能指標(biāo)低的擴(kuò)音器主要在于價(jià)格便宜，制作簡(jiǎn)單，不需要太多昂貴的集成塊。關(guān)鍵詞 擴(kuò)聲；音頻功放；放大電路第13頁(yè)第1章方案設(shè)計(jì)采用運(yùn)算集成電路和音

3、頻功率放大集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)話筒輸出信號(hào)具有放大能 力的擴(kuò)聲電路。其電路方框圖如圖1-1所示：話筒輸入U(xiǎn)1前置敢犬器調(diào) 控 制功率大圖1-1擴(kuò)聲電路原理框圖前置放大主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，一般要求輸入阻抗高，輸出阻抗低，頻帶 要寬，噪聲要??；音量控制主要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)高、低音的提升和衰減。第2章單元電路設(shè)計(jì)2.1 前置放大器的設(shè)計(jì)由于話筒提供發(fā)信號(hào)非常弱，故一般在音調(diào)控制器前面要加一個(gè)前置放大器。該前置放大器的下限頻率要小于音頻控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率，上限頻率要大于音頻控制器的高音轉(zhuǎn)折頻率。考慮到所設(shè)計(jì)電路對(duì)頻率響應(yīng)及零輸入（及輸入短路） 時(shí)的噪聲、電流、電壓的要求，前置放大器選用集成運(yùn)算放大器

4、 LF353。它是一種 雙路運(yùn)算放大器，屬于高輸入阻抗低噪聲集成器件。其輸入阻抗高為 104MQ，輸入 偏置電流僅有50 x 102A，單位增益頻率為4MHZ，轉(zhuǎn)換速率為13V/US，用做音頻 前置放大器十分理想，其外引線圖如圖 2-1所示圖2-1LF353外引線圖前置放大電路由LF353組成的兩極放大電路完成，如圖2-2所示。第一級(jí)放大 電路的 Aui=10, 即卩 1+R3/R2=10,取 R2=10KQ , R3=100KQ。取 Au2=10 （考慮增益余 量）,同樣R5=10KQ , R6=100QO電阻Ri、R2為放大電路偏置電阻，取Ri=R4=100KQ 耦合電容C1與C2取10u

5、F, C4與C11取100uF，以保證擴(kuò)聲電路的低頻響應(yīng)。+12V-12Va圖2-2前置放大器其他元器件的參數(shù)選擇為：C3=100pF, R7=22KQ。電路電源為2V。2.2 音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)音調(diào)控制器的功能是，根據(jù)需要按一定的規(guī)律控制、調(diào)節(jié)音響放大器的頻率響 應(yīng)，更好地滿足人耳的聽(tīng)覺(jué)特性。一般音調(diào)控制器只對(duì)低音和高音信號(hào)的增益進(jìn)行 提升或衰減，而中音信號(hào)的增益不變，音調(diào)控制器的電路結(jié)構(gòu)有多種形式，常用的 典型電路結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。該電路的音調(diào)控制曲線（即頻率響應(yīng)）如圖2-4所示。音調(diào)控制曲線中給出了相應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率：Fii表示低音轉(zhuǎn)折頻率，F(xiàn)12表示中音下限頻率，F(xiàn)o表示中音頻率 （即中心

6、頻率），要求電路對(duì)此頻率信號(hào)沒(méi)有衰減和提升作用，F(xiàn)hi表示中音上限頻率，F(xiàn)h2表示高音轉(zhuǎn)折頻率。圖2-3音調(diào)控制器電路音調(diào)控制器的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)轉(zhuǎn)折頻率的不同來(lái)選擇電位器、電阻及電容參 數(shù)。2.2.1低頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算音調(diào)控制器工作時(shí)在低音時(shí)（即 FvFl）,由于電容C5V C6 = C7故在低頻時(shí)C5可 看成開(kāi)路，音頻控制電路此時(shí)可簡(jiǎn)化為圖 2-5,圖2-6所示電路。圖2-5所示為電位 器RPi中間抽頭處在左端，對(duì)應(yīng)于低頻提升最大的情況。圖 2-6所示電位器RPi中 間抽頭處在最右端，對(duì)應(yīng)于低頻衰減最大的情況。下面分別進(jìn)行討論。CAPA*4I圖2-5低頻提升電路1低頻提升由圖2-5可

7、求出低頻提升電路的頻率響應(yīng)函數(shù)為1+Jw 土 _ R10 RRP1 1 WI2 5 一 R8 1 . jw wI1式中,wL11C7 RRP1wL2(RR +R)(C7 Rrri Rio)當(dāng)頻率F遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fii時(shí)，電容C7近似開(kāi)路，此時(shí)的增益為Rrpi R10A-RT-當(dāng)頻率升高時(shí)，C7的容抗減小，當(dāng)頻率F遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fi1時(shí)，C7近似短路，此時(shí) 的增益為AoR在Fi1 F v FI2的增益范圍內(nèi)電壓增益衰減率為-20dB/10倍頻，即-6dB/倍頻（若40HZ對(duì)應(yīng)的增益是20dB，則2 40HZ=80HZ時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益是14dB）本設(shè)計(jì)要求中頻增益為 Ao=1 （0dB），且在100HZ處有土

8、12dB的調(diào)節(jié)范圍。故當(dāng)增益為0dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折頻率為400HZ （因?yàn)閺?2dB到0dB對(duì)應(yīng)兩個(gè) 倍頻程，所以對(duì)應(yīng)頻率是400HZ）因此音調(diào)控制器的低音轉(zhuǎn)折頻率fn=fl2/10=40HZ。電阻R8, R10及RP1的取值范圍一般為幾千歐姆到幾百千歐姆。若取值過(guò)大， 則運(yùn)算放大器的漏電流的影響變大；若取值過(guò)小，則流入運(yùn)算放大器的電流將超過(guò) 其最大輸出能力。這里取 Rrp1=470KQ。由于 Ao=1，故R8=R10。又因?yàn)?wl2/wl1 =容C7可由式C7(Rrp什Rio) /Rio=1O，所以 R8=Rio=RR3i/ (10-1) =52KQ,取 R9=Rb=Rio=51KQ。電(2

9、 3.14J RrpJ 求得：C7=0-00085UF，取 C7=01UF。2、低頻衰減在低頻衰減電路中，如圖6所示，若取電容C6=C7,則當(dāng)工作頻率f遠(yuǎn)小于fL1 ,電容C6近似開(kāi)路，此時(shí)電路增益AlR10R8 RRP1當(dāng)頻率F遠(yuǎn)大于F12時(shí)，電容近似短路，此時(shí)電路增益AoR1oR8可見(jiàn)，低頻端最大衰減倍數(shù)為1/10（即-20dB）。2.2.2 高頻工作時(shí)元器件參數(shù)的計(jì)算音調(diào)控制器在高頻端工作時(shí)，電容C6，C7近似短路，此時(shí)音調(diào)控制電路可簡(jiǎn)化成圖2-7所示電路。為便于分析，將星形連接的電阻R8=R9=Rio轉(zhuǎn)換成三角形連接，轉(zhuǎn)換后如圖2-8所。所以Ra=Rb=Rc=3R8。由于Rc跨接在電路

10、的輸入端圖2-7音調(diào)控制電路在高頻段時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路Re圖2-8音調(diào)控制電路高頻段簡(jiǎn)化電路的等效變換電路當(dāng)RP2中間抽頭處于最左端時(shí)，此時(shí)高頻提升最大，等效電路如圖2-9所示;當(dāng)RP2中間抽頭處于最右端時(shí)，此時(shí)高頻衰減最大，等效電路如圖2-10所示。Rb圖2-10高頻衰減電路1、高頻提升。由圖2-9可知，該電路是一個(gè)典型的高通濾波器，其增益 函數(shù)為A(jw)UoUi1 . Jw Rb . wH1 Ra 1 . jw wH2其中,wH 11(Ra R11)C51R11C5當(dāng)F遠(yuǎn)小于Fh1時(shí)，電容C5可近似開(kāi)路，此時(shí)的增益為RA。a =1仲頻增益)Rb當(dāng)F遠(yuǎn)大于Fh2時(shí)，電容C5近似為短路，此時(shí)的

11、電壓增益為RaF1當(dāng)Fh1W F2VCC, ICM Icmax, PCM Pcmax, PCM Pcmax。根據(jù)上式關(guān)系，選擇功 率三極管為3DD01。2、 復(fù)合管的選擇。與VT3分別與VT2與VT4組成復(fù)合管，它們承受的最大 電壓均為2Vcc，考慮到R18與R20的分流作用和晶體管的損失，晶體管與VT3 的集電極功耗：PCmax= （ 1.1-1.5） Pc2max/ B而實(shí)際選擇VT1， VT3參數(shù)要大于最大值。 另外為了復(fù)合出互補(bǔ)類型的三極管，一定要使 V，VT3互補(bǔ)，其要求盡VT3稱性好。 可選用VT1為9013, VT3選用9015。2.3.3 電阻R17R12的估算R18與R20用

12、來(lái)減小復(fù)合管的穿透電流，其值過(guò)小會(huì)影響復(fù)合管的穩(wěn)定性， 太大 又會(huì)影響輸出功率，一般取 R18=R20= （ 5 10） Ri2。Ri2為VT2管的輸入端等效電阻， 其大小可用公式Ri2=rbe+ （1+化）R21來(lái)計(jì)算，大功率管的rbe約為10Q， B為20 倍。輸出功率管的發(fā)射極電阻 R21與R22起到電流的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使電路的工作?加穩(wěn)定，從而減少非線性失真。一般取 R21=R22= （0.050.1） Rl。由于VT1與VT3管的類型不同，接法也不一樣，因此兩只管子的輸入阻抗不一 樣，這樣加到與VT3管基極輸入端的信號(hào)將不對(duì)稱。為此，增加R17與R19作為平衡電阻，使兩只管子的輸入阻

13、抗相等。一般選擇R17=R19=R18/ Ri2。根據(jù)以上條件，選擇電路元器件值為：R21=R22=1 Q， R18=R20=270Q， R17=R19=30Q。2.3.4 確定靜態(tài)偏置電路為了克服交越失真，由R15，R16，RP3和二節(jié)管VD1, VD2共同組成兩對(duì)復(fù)合管 的偏置電路，使輸出級(jí)工作于甲乙類狀態(tài)。R15與R16的阻值要根據(jù)輸出級(jí)輸出信號(hào) 的幅度和前級(jí)運(yùn)算放大器的最大允許輸出電流來(lái)考慮。靜態(tài)時(shí)功率放大器的輸出端 對(duì)地的電位為0 （與VT3應(yīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)），即U0=0V。運(yùn)算放大器的輸出電 位Uo3 0V。若取電流Io=1mA , RR3=0 （Rp3用于調(diào)整復(fù)合管的微導(dǎo)通狀態(tài)，

14、其調(diào)節(jié)范圍不能太大，可采用1kQ左右的精密電位器，其初始值應(yīng)調(diào)在零阻值，當(dāng)調(diào) 整輸出級(jí)靜態(tài)工作電流或者輸出波形的交越失真時(shí)再逐漸增大阻值）。則,VccUdVccVd12 0.7Io -R15 RrP3R15R15所以 R15=11.3K Q取 R15=11KQo 為了保證對(duì)稱，電阻 R16=11KQ。取 RRP3=1KQ。 電路中的VD1與VD2選為1N4148。2.3.5 反饋電阻R13與R14的確定在這里放大器選用LF353，功率放大器的電壓增益可表示為：Au=1 R3 Rrp4 =20R14取R14=1KQ,則R13+Rrp4=19KQo為了使功率放大器增益可調(diào)，取 R13=15KQ，

15、Rrp4=4.7K Qo電阻R12是運(yùn)算放大器的偏置電阻，電容C8是輸入耦合電容，其大小決定了擴(kuò)聲電路的下限頻率。取 R12=100K Q，C8=100uFo并聯(lián)在揚(yáng)聲器的R23與 C10消振網(wǎng)絡(luò)，可以改善揚(yáng)聲器的高頻響應(yīng)。這里取R23=27Q，C10=0.1uF。一般取C9=4.7uFo總結(jié)（1）此次實(shí)驗(yàn)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，每一步都伴隨著問(wèn)題的不斷的產(chǎn)生與解決，經(jīng)過(guò) 艱辛的調(diào)試、測(cè)量，最終完成實(shí)驗(yàn)，除了極個(gè)別的參數(shù)與設(shè)計(jì)要求稍有差距之外，其 余參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)總體是成功的。（2）綜合性實(shí)驗(yàn)涉及了幾乎整個(gè)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，嚴(yán)謹(jǐn)完成實(shí)驗(yàn)將很 有意義，而且這是學(xué)習(xí)模擬電路以來(lái)第一次完整體驗(yàn)實(shí)

16、際電路的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程讓 我獲益頗多。通過(guò)這次實(shí)踐，我對(duì)音頻放大電路有了有了更深入的了解，對(duì)模擬電 路設(shè)計(jì)過(guò)程和方法有了基本了解和認(rèn)識(shí)，能夠?qū)?jiǎn)單電路系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障和問(wèn)題 提出解決方案，學(xué)習(xí)并熟悉了相關(guān)軟件的基本使用。（3）為發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際電路問(wèn)題，我查閱了不少資料，和同學(xué)討論交流，一 同解決問(wèn)題，解決實(shí)際問(wèn)題的能力有所提升。（4）電路設(shè)計(jì)與測(cè)試是一件艱辛的工作，充滿挑戰(zhàn)，但挑戰(zhàn)帶來(lái)了樂(lè)趣，艱 辛誕生了碩果，實(shí)踐讓知識(shí)升華。參考文獻(xiàn)1 王川實(shí)用電源技術(shù)重慶：重慶大學(xué)出版社，20002 胡宴如模擬電子技術(shù)北京：高等教育出版社（第二版），20063 陳曉文電子線路課程設(shè)計(jì)北京：電子工業(yè)出版社，2

17、0074 錢(qián)金法電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005朱余釗電子材料與元件成都：電子科技大學(xué)出版社，20066 王文輝電路與電子學(xué)（第3版）北京：電子工業(yè)出版社，20057 楊志忠數(shù)字電子技術(shù)（第2版）北京：高等教育出版社，20038 朱余釗電子材料與元件.成都：電子科技大學(xué)出版社，2006附錄1總電路原理圖第一章總論錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié) 項(xiàng)目名稱及承辦單位 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)研究工作的依據(jù)與范圍錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第三節(jié)簡(jiǎn)要研究結(jié)論錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第四節(jié) 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二章 項(xiàng)目提出的背景及必要性 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié) 項(xiàng)目提出的背景 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二

18、節(jié) 項(xiàng)目建設(shè)的必要性 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第三章市場(chǎng)預(yù)測(cè)與需求分析錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié)車(chē)用生物燃?xì)馐袌?chǎng)發(fā)展分析錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)有機(jī)肥市場(chǎng)分析錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第四章建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié)建設(shè)規(guī)模錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)產(chǎn)品方案錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第五章廠址選擇與建設(shè)條件錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié)廠址方案 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)建設(shè)條件錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第六章工藝技術(shù)方案錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié) 項(xiàng)目組成 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié) 生產(chǎn)技術(shù)方案 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第三節(jié)生產(chǎn)設(shè)備錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第七章原輔材料供應(yīng)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié)原輔材料供應(yīng)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)公用設(shè)施錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第八章工程建設(shè)方案錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié) 總圖運(yùn)輸 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)建筑結(jié)構(gòu)工程錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第三節(jié)公用工程錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第九章 環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全衛(wèi)生錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第一節(jié)環(huán)境保護(hù) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)勞動(dòng)安全衛(wèi)生